Photoeffekt < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 23:00 Mo 23.05.2005 | | Autor: | n0viZe |
Ich bin gerade bei meinen Vorbereitungen zur mündlichen Abiprüfung im
LK-Physik und hab da ein Problem beim Photoeffekt.
folgendes:
Durch gewisse Lichteinstrahlung auf eine Metallplatte werden Elektronen "herausgelöst".
Die Frage ist nun, warum fliegen sie nach links?(die Richtung aus der das Licht kommt)
Wenn ich davon ausgehe, dass durch das Herauslösen eine Potenzialdifferenz entsteht, so müsste ein E-Feld entstehen, welches jedoch so gerichtet ist, dass es die Elektronen nach rechts, d.h. zum Metall zurückzieht!
Wenn ich von einem irgendwie gearteten "Stoß" (ähnlich wie beim Compton-Effekt) ausgehe, so müsste dass "gestoßene" Elektron nach rechts fliegen.
Zur besseren Vorstellung der Apparatur:
Lichtquelle ~~~> () ~~~~~~~~> ll
Anode Kathode/Metallplatte
Aus der Kathode werden die Elektronen herausgelöst und fliegen zur Anode.
Zur Info: Die Bezeichnung Anode aus dem Versuchsaufbau stammt aus der Gegenfeldmethode und soll nicht heißen, dass von außen eine Spannung angelegt ist !!
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 01:29 Di 24.05.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
> Durch gewisse Lichteinstrahlung auf eine Metallplatte
> werden Elektronen "herausgelöst".
> Die Frage ist nun, warum fliegen sie nach links?(die
> Richtung aus der das Licht kommt)
>
> Wenn ich davon ausgehe, dass durch das Herauslösen eine
> Potenzialdifferenz entsteht, so müsste ein E-Feld
> entstehen, welches jedoch so gerichtet ist, dass es die
> Elektronen nach rechts, d.h. zum Metall zurückzieht!
> Wenn ich von einem irgendwie gearteten "Stoß" (ähnlich wie
> beim Compton-Effekt) ausgehe, so müsste dass "gestoßene"
> Elektron nach rechts fliegen.
>
> Zur besseren Vorstellung der Apparatur:
>
> Lichtquelle ~~~> () ~~~~~~~~> ll
> Anode Kathode/Metallplatte
>
> Aus der Kathode werden die Elektronen herausgelöst und
> fliegen zur Anode.
> Zur Info: Die Bezeichnung Anode aus dem Versuchsaufbau
> stammt aus der Gegenfeldmethode und soll nicht heißen, dass
> von außen eine Spannung angelegt ist !!
1. Wenn deine Fotozelle so dasteht und Licht einfällt, werden ein paar Elektronen ausgelöst und fliegen in alle Richtungen weg. die "Kathode" würde immer positiver, gegenüber der Umgebung, und schließlich kämen keine mehr raus. Aber die Zelle ist ja in einer Messung eingebaut, Kathode K und Anode A über ein Meßinstrument verbunden! Stell dir K auf Potential 0 vor. Nicht alle, sondern nur einige der El. fliegen zur A. nur die mißt du in dem Meßgerät!. Wenn man ne Gegenspannung anlegt kommen immer weniger zu A, dadurch merkst du ja, dass nicht alle geradewegs dahin fliegen, sonst wäre der Strom konstant, bis die kritische Spannung erreicht ist und dann plötzlich 0.
klärt das deine Frage?
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 12:29 Di 24.05.2005 | | Autor: | n0viZe |
Vielen Dank für die Antwort
Leider hilft sie mir nur bedingt weiter.
Die vorgenommenen Messungen beim Photoeffekt bzw. der Gegenfeldmethode und die daraus folgenden Interpretationen machen mir überhaupt keine Probleme.
Die Richtung des Photostroms kann ich nicht nachvollziehen.
Heißt das, dass die "angeregten" Elektronen , rein theoretisch, versuchen in alle Richtugen fliegen und nur diejenigen, die in Richtung "Anode" fliegen gemessen werden?
Wie muss ich mir dann das Herauslösen bzw. den Weg der Elektronen nach "draußen" vorstellen?
Der Metzler sagt dazu:
"Die Austrittsarbeit für die einzelnen Elektronen schwankt, weil sie auf ihren unterschiedlichen Wegen an die Metalloberfläche durch Stöße mit den Gitteratomen unterschiedliche Energiebeträge abgeben."
Bedeutet das, dass die Elektronen bei diesen Stößen nicht nur Energie verlieren, sondern die Flugrichtung verändert wird? Das würde die Bewegung nach links erklären.
Eine andere Frage wäre, ob es auch Elektronen gibt, die ohne Stöße absolviert zu haben nach links fliegen ? (Die hätten die maximale kinetische Energie)
Wenn ja: Wie können sie ohne Stöße nach links fliegen?
Vielen Dank schon mal im Voraus
n0viZe
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(Antwort) fertig | | Datum: | 13:41 Di 24.05.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
> Vielen Dank für die Antwort
> Die Richtung des Photostroms kann ich nicht
> nachvollziehen.
> Heißt das, dass die "angeregten" Elektronen , rein
> theoretisch, versuchen in alle Richtugen fliegen und nur
> diejenigen, die in Richtung "Anode" fliegen gemessen
> werden?
ausser dem Wort "angeregt" statt frei ist das richtig. Das Atom absorbiert ein Lichtquant. Die Energie wird so weit erhöht, dass ein Elektron frei wird, (nicht nur in einen höheren Zustand =angeregt übergeht.)
Bei der Richtung, in der das Elektron ausgesandt wird, ist die Einfallsrichtung des Lichtes nicht mehr von Bedeutung.( Damit der Impulssatz erfüllt ist, nimmt das Atom, bzw. das Kristallgitter als ganzes den Impuls des Lichtquants auf.)
> Wie muss ich mir dann das Herauslösen bzw. den Weg der
> Elektronen nach "draußen" vorstellen?
Erstmal, die Austrittsrichtung ist gleichverteilt über den Raum.also in jeden Raumwinkel gleich viel.
Wenn der Fotoeffekt an der Oberfläche stattfindet also 50% nach draussen, 50% nach drinnen.
Jetzt kommt dein Metzler:, die nicht direkt nach aussen fliegen können durch Stöße im Inneren noch umgelenkt werden.Entweder ionisieren sie ein anderes Atom des Gitters, oder werden fast elastisch gestreut. Falls sie elastisch gestreut werden, verlieren sie nur wenig Energie und können noch, bei richtiger Richtung nach links raus.
>
> Der Metzler sagt dazu:
>
> "Die Austrittsarbeit für die einzelnen Elektronen schwankt,
> weil sie auf ihren unterschiedlichen Wegen an die
> Metalloberfläche durch Stöße mit den Gitteratomen
> unterschiedliche Energiebeträge abgeben."
Ich bin eigentlich davon überzeugt, dass der Fotoeffekt bei den verwendeten Zellen im Wesentlichen an der Oberfläche stattfindet. Die Elektronen, die nicht fast gleich rauskommen, erwärmen die Kathode. (tun sie wirklich, denn das Kathodenmaterial verdampft etwas, schlägt sich auf der Anode nieder, dann funktioniert die Zelle nicht mehr, falls man nicht den Anodendraht durch Aufheizen wieder frei macht! Ich hab mit dem Ding exp.))
>
> Bedeutet das, dass die Elektronen bei diesen Stößen nicht
> nur Energie verlieren, sondern die Flugrichtung verändert
> wird? Das würde die Bewegung nach links erklären.
Es würde nur die Anzahl nach links vergrößern.
Noch mal: Bei diesem Fotoeffekt spielt anders als beim Comptoneffekt, der Impuls keine Rolle!
genauer [mm] E_{el}=\bruch{m}{2}*v^{2}=h*f-Wa. [/mm] Impuls El: m*v [mm] \ne [/mm] h*f/c ! m*v>>h*f/c
Deshalb kann man Comptoneffekt, d,h, Stöße von Lichtquanten mit El. nur bei viel größeren Energien der Quanten machen! Ein Lichtquant aus dem sichtbaren Licht, das mit einem freien Elektron zusammenstößt, wird einfach reflektiert, etwa wie ein Tischtennisball von einem Volleyball, letzterer merkt von dem Stoß praktisch nichts . Rechne mal die Masse eines sichtbaren Lichtquants [mm] m=E/c^{2} [/mm] aus, und vergleich sie mit dr des Elektrons.
> Eine andere Frage wäre, ob es auch Elektronen gibt, die
> ohne Stöße absolviert zu haben nach links fliegen ? (Die
> hätten die maximale kinetische Energie)
> Wenn ja: Wie können sie ohne Stöße nach links fliegen?
Antwort siehe oben
Ich find gut, wie genau du überlegst! Deine Fragen sind alle berechtigt, und werden in der Schule oft übersehen! Also frag ruhig weiter!
Gruss leduart
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 15:26 Di 24.05.2005 | | Autor: | n0viZe |
Hallo leduart,
Vielen Dank für deine Hilfe.
Du hast mir sehr geholfen und ich denke ich kann jetzt alle erdenklichen Fragen zum Photoeffekt in der Prüfung beantworten.
Gruß n0viZe
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 15:52 Di 24.05.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo Hanna
Deine Fragen haben mich noch ne Weile beschäftigt. Der Metzler hat mit seiner Aussage übe die Austrittsarbeit Unrecht! In dem Metall (und nur in Metallen betrachtet ihr den Fotoeffekt) sollte man sich die (äußeren) Elektronen nicht an einzelne Atome gebunden vorstellen. sie sind innerhalb des Metalls frei beweglich, bilden eine Art "Elektronengas" bei einer bestimmten Temperatur haben diese Elektronen nicht alle dieselbe Energie, ähnlich wie die Atome in einem Gas. Die mittlere Austrittsarbeit ist die Arbeit, um eins der Elektronen mit "mittlerer" Energie rauszulösen, aber es gibt auch welche mit größerer und kleinerer Energie. Daher rührt der Unterschied in der Austrittsarbeit. Stöße spielen dabei keine Rolle.
(Vielleicht habt ihr ja auch den Flühelektrischen Effekt in Elektronenröhren behandelt, da "verdampfen" die schnellsten Elektronen aus dem Elektronengas)
So genau willst du es vielleicht nicht wissen, aber mir fällt es schwer, was falsches stehen zu lassen!
Viel Erfolg im Abi (
willst du nicht vielleicht physik studieren, es gibt da zu wenig Frauen, und deshalb gibts ne Menge Chancen)
Gruss leduart
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 20:15 Di 24.05.2005 | | Autor: | n0viZe |
HiHo leduart
Danke für die Korrektur.
Das mit der Gaswolke kann ich gut nachvollziehen.
Das Phänomen tritt auch in der organischen Chemie auf bei Syntheseverfahren an Metalloberflächen, wie der
Wurtz-Grignard-Reaktion .
Ich muss dich leider enttäuschen, ich werde keine weibliche Physikstudentin.
Ganz einfach aus dem Grund, dass ich männlich bin!
Keine Ahnung wie du darauf gekommen bist, aber ich hab zur Sicherheit mal mein Profil etwas gründlicher ausgefüllt ^_0
Nur so zur Info, ich hab vor Nanostrukturwissenschaft zu studieren, also auch in die Physikrichtung.
Vielen Dank nochmal !
liebe Grüße n0viZe
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